Lithographie

Für die Elektronenstrahl-Lithographie wird das Substrat zunächst mit einem für den Elektronenstrahl empfindlichen Lack beschichtet. Auf dem belackten Substrat rastert dann ein Elektronenstrahl zuvor definierte Strukturen ab. Die Strukturen können sich entweder in einem einzelnen Schreibfeld befinden (max. 800x800 µm²) oder durch das Aneinandersetzen mehrerer Schreibfelder erzeugt werden. In den belichteten Bereichen wird der Lack chemisch so verändert, dass, je nach verwendetem Lack, die belichteten oder die unbelichteten Bereiche in einem Entwickler gelöst werden können. Nach dem Entwicklungsschritt verbleibt eine Lackschicht in der die Strukturen abgebildet sind. Mittels eines Trocken- oder nass-chemischen Ätzschritts kann die Struktur dann in eine darunterliegende Schicht übertragen werden. Alternativ kann nach der Entwicklung eine zusätzliche Metallschicht aufgedampft werden. Durch anschließendes Lösen des verbliebenen Lacks, werden auch die überschüssigen Bereiche der Metallisierung mit abgespült. Die Elektronenstrahl-Lithographie erlaubt Strukturgrößen bis zu 10 nm, ist dafür ein sehr zeitintensiver und somit auch teurer Prozess.

JEOL JSM-6500F

Unser Rasterelektronenmikroskop ist mit einem Xenos PG2 ausgestattet. Das REM bietet typische Strahlströme von 20 - 400 pA und hat eine max. Auflösung von 2 nm. Damit können in Elektronenstrahl-Lacken Strukturen von bis zu 10 nm realisiert werden. Die Substratgrößen sind auf max. 20 x 20 mm² beschränkt. Die Desktop Software kann von LISA⁺ Mitgliedern auf jedem PC installiert werden. Die Software erlaubt es auf sehr einfache Art Strukturen und Arrays daraus aus den gängigen Grundformen (Punkte, Linien, Rechtecke, Dreiecke, Polygone, Kreise, Ringe und jeweils Segmente davon) zu erstellen. Sie ist extrem flexibel und bietet einen integrierten Editor zum Berechnen komplexer Strukturen.

Die Nanoimprint-Lithographie (NIL) ermöglicht die konstengünstige und zeiteffiziente Vervielfältigung von Nanostrukturen mit Hilfe eines nanostrukturierten Stempels. Für den UV-NIL Prozess wird das Substrat zunächst mit einem UV empfindlichen Polymer belackt. Im nächsten Schritt wird der Stempel in das Polymer gedrückt um dieses an den strukturierten Bereichen bis auf eine nur wenige nm dünne Rest-Schicht zu verdrängen. Durch die nun folgende UV-Belichtung wird das Polymer vollständig vernetzt und das Substrat kann anschließend vom Stempel abgezogen werden. Zuletzt ist ein kurzer O₂-Plasma Schritt nötig um die Rest-Schicht zu entfernen und die Strukturen vollständig zu öffnen. Die Strukturen können nun mit entsprechenden Ätzschritten in darunterliegende Schichten übertragen werden.

Karl Süss UV-NIL Tool

Unser Mask Aligner MA/BA6 ist mit Upgrade UV-NIL Tool von Karl Süss ausgestattet. Das UV-NIL Tool erlaubt das Imprinten von bis zu 25 x 25 mm² Bereichen auf Substraten von < 5 x 5 mm² bis 4". Die für die NIL benötigten Stempel werden bei uns typischerweise den finalen Strukturen entsprechend als Master (z.B. in Si oder SiO₂) mittels Elektronenstrahl-Lithographie und reaktivem Ionenätzen hergestellt. Mit speziellen Polymeren, wie z.B. OrmoStamp (micro resist technology, Berlin), können diese in Tochterstempel übertragen werden, mit welchen der Prozess durchgeführt wird. Ein eventuell im Prozess verunreinigter oder beschädigter Stempel kann so schnell und kostengünstig durch erneutes Abformen des Masters ersetzt werden.

Der µMLA ist ein Maskless Belichter. Die Strukturen werden kontaklos über ein DMD (Digital Micromirror Device) durch ein Objektiv auf das belackte Substrat abgebildet. Durch den Wegfall der Belichtungsmaske ist das System extrem flexibel und schlägt so anwendungstechnisch die Brücke zum Elektronenstrahlschreiber. 

Je nach Anwendung kann die Auflösung in drei Modi - 0,6 µm, 1 ,0 µm und 3,0 µm - variiert werden, wodurch sich die Schreibgeschwindigkeit von 10 mm²/min auf 40 mm²/min bzw. 130 mm²/min erhöht.

Die erlaubten Substratgrößen betragen min. 5 x 5 mm² bis max. 150 x 150 mm² bei 0.1 mm bis 12 mm Dicke.

Der Mask Aligner und Backside Aligner MA/BA6 ist ein Kontaktbelichter, d.h. das belackte Substrat wird hier zur Belichtung mit leichtem Druck an die Chrommaske gepresst, um einen direkten Kontakt sicherzustellen. Voraussetzung für die Kontaktbelichtung ist eine UV-durchlässige Photomaske, bei der die benötigte Struktur in Form einer Chromschicht vorliegt, welche das UV-Licht blockiert. Während der Belichtung wird die Struktur der Chromschicht dann 1:1 in den Lack übertragen. Bei einer Wellenlänge von 365 nm (i-Linie einer Hg-Hochdrucklampe) kann in diesem Verfahren bei perfektem Kontakt zw. Maske und Lack eine Auflösung von < 800 nm erzielt werden, in der Praxis ist jedoch eine Auflösung von 1-2 µm deutlich realistischer.

Um mehrere aufeinanderfolgende Prozessschritte auf einem Substrat realisieren zu können, strukturiert man auf dem Substrat typischerweise zunächst Marker, mit deren Hilfe das Substrat später zu den nachfolgenden optischen Masken unter dem Auflicht-Mikroskop ausgerichtet werden kann. Dabei kann eine Positioniergenauigkeit von wenigen µm erreicht werden. Die Backside Alignment Option erlaubt das Ausrichten zur Maske auch von der Unterseite. Dazu stehen zwei Mikroskope unterhalb des Substrats und der Maske zur Verfügen, welche separat auf die relevanten Markerpositionen ausgerichtet werden können.